摘 要： 針對出線側(cè)帶并聯(lián)電抗器的大型火電機組進(jìn)行并網(wǎng)核相試驗時遇到的特殊問題，提出了以發(fā)電機作為核相電源，進(jìn)行兩待并系統(tǒng)核相的新方法。對試驗方案進(jìn)行仿真模擬，對試驗過程中各電量的變化進(jìn)行考查，并對各設(shè)備保護(hù)的定值整定和投入進(jìn)行論證。最后在核相試驗過程中采取綜合措施順利解決勵磁系統(tǒng)參數(shù)配合問題，圓滿完成核相試驗。
關(guān)鍵詞： 核相試驗；零起升壓；并聯(lián)電抗器
0 引言
相序、相位不同的兩電源系統(tǒng)合環(huán)時，將會造成嚴(yán)重的短路事故，因此，新投運電廠必須結(jié)合現(xiàn)場設(shè)備特點和實際接線進(jìn)行核相試驗，預(yù)防此類事故發(fā)生[1-2]。目前，甘肅省內(nèi)600 MW及以上大型火電機組均采用單元接線方式接入750 kV超高壓電網(wǎng)，并在出線處接入并聯(lián)電抗器以補償長線路的對地電容。在大容量并聯(lián)電抗器接入情況下，進(jìn)行核相試驗時必須考慮并聯(lián)電抗器的過補償效應(yīng)。本文以大唐景泰電廠核相試驗的技術(shù)研究與實踐為基礎(chǔ)，總結(jié)出線側(cè)帶并聯(lián)電抗器的大型火電機組并網(wǎng)核相試驗新方法。
1 核相新技術(shù)
新建發(fā)電機組并網(wǎng)前，都要進(jìn)行核相試驗[3]。一般情況下，發(fā)電廠與電網(wǎng)核相試驗采用線路側(cè)提供核相電源，以倒充主變的方式進(jìn)行。景泰電廠所接750 kV景白線由于線路較長，考慮到系統(tǒng)穩(wěn)定和設(shè)備安全，不宜采用倒充主變方式。考查景泰電廠一次接線，決定采取以發(fā)電機為核相電源，升壓帶起主變高側(cè)PT和線路側(cè)PT進(jìn)行核相。景泰電廠一次接線方式如圖1所示。
由景泰電廠出線結(jié)構(gòu)可知，線路并聯(lián)電抗器位于主變高壓側(cè)PT和線路側(cè)PT之間，且其容量達(dá)300 MW，因而以此種方式核相必須考慮電抗器過補償效應(yīng)的影響。首先，必須對發(fā)電機帶電抗器升壓過程中電流電壓變化情況有準(zhǔn)確的認(rèn)識，確保此種核相方式不影響設(shè)備安全[4]。其次，必須對這種方式下發(fā)電機保護(hù)、電抗器保護(hù)定值和保護(hù)投退進(jìn)行論證，確保繼電保護(hù)起到應(yīng)有作用[5]。最后，勵磁系統(tǒng)以空載情況為依據(jù)對零起升壓相關(guān)參數(shù)進(jìn)行限定，必須在核相過程中采取綜合措施解決勵磁系統(tǒng)參數(shù)配合問題。
2 電抗器模型
圖2所示為并聯(lián)電抗器的物理模型，其中u為外加的正弦電壓，2分別為主磁通、漏磁通、經(jīng)過旁軛的磁通，im是激勵電流，e為線圈的感應(yīng)電動勢。
相應(yīng)的電路與磁路方程為：
其中，i1為磁化電流，分別為主磁通與漏磁通的磁導(dǎo)，L1、L分別為主電感和漏電感。
根據(jù)電磁感應(yīng)定律與基爾霍夫電壓定律得：
圖3為并聯(lián)電抗器的等效電路，其中rFe為鐵耗等效電阻，r為線圈繞組，Lgap、Lnon分別為氣隙電感和鐵心電感。
激勵電流包括磁化電流與鐵耗電流，即：
其中，
電感又可等效為氣隙電感和鐵心電感，即：
L1=Lgap+Lnon（9）
由圖2與圖3及式（1）~（9）能夠?qū)﹄娍蛊鞯母鱾€電氣量有準(zhǔn)確的認(rèn)識，使繼電保護(hù)的整定與后期的核相工作有可靠的理論支持。
3 仿真論證
以發(fā)電機作為單一電源進(jìn)行核相試驗，擬采取的實驗步驟如下：打開線路側(cè)連接，主開關(guān)處于斷位，發(fā)電機進(jìn)行空載零起升壓，待電壓穩(wěn)定于某一值后，合主開關(guān)，帶起主變高側(cè)PT和線路側(cè)PT。此核相試驗過程中，機端將突加300 MW并聯(lián)電抗器負(fù)載，可能會產(chǎn)生較大的暫態(tài)電流。因此，應(yīng)首先對這種核相方式下主變高壓側(cè)電流、電壓進(jìn)行仿真研究，對各量變化情況有準(zhǔn)確的認(rèn)識，為繼電保護(hù)的定值整定和配置提供可靠參考[1]。以PSCAD/EMTDC為平臺，對試驗過程中的電流、電壓變化情況進(jìn)行仿真。
PSCAD/EMTDC（Electro-Magnetic Transient in DC System）軟件包是目前世界上較廣泛使用的一種電力系統(tǒng)分析軟件，其主要功能是進(jìn)行電力系統(tǒng)時域和頻域計算仿真，典型應(yīng)用是計算電力系統(tǒng)遭受擾動或參數(shù)變化時電參數(shù)隨時間變化的規(guī)律。根據(jù)景泰電廠一次接線情況，搭建仿真電路如圖4所示。
仿真模擬發(fā)電機空載升壓至額定值后，合主開關(guān)，考查此過程中主變高側(cè)暫態(tài)電流的大小以及主變高側(cè)電壓的變化情況。仿真過程未考慮勵磁系統(tǒng)特性，設(shè)定機端電壓在一個周波后升至額定值，且各元件均設(shè)置為理想元件。電流、電壓仿真波形圖如圖5所示。
由圖5可見，電流在合閘瞬間出現(xiàn)最大瞬態(tài)值1.2 kA，并在大約兩個周波后穩(wěn)定于0.1 kA（峰值）。根據(jù)仿真結(jié)果分析保護(hù)的定值整定情況：依調(diào)度定值單，景泰電廠主變復(fù)壓過流保護(hù)未用，故不考慮此項保護(hù)；電抗器過流保護(hù)定值為300 A，動作延時為1.5 s，雖然此突增暫態(tài)電流大于電抗器過流保護(hù)動作值，但其衰減速度很快，故電抗器保護(hù)亦不會誤動；并且此電流對于發(fā)電機、主變、電抗器均為穿越性電流，差動保護(hù)可靠不動作。據(jù)以上分析可知，此核相方法對各設(shè)備電流保護(hù)不構(gòu)成影響，可以在不修改定值的情況下進(jìn)行試驗。
保護(hù)配置方面，除發(fā)變組、電抗器相關(guān)保護(hù)應(yīng)全數(shù)投入外，由于主開關(guān)到電抗器高端這一段線路包含于線路保護(hù)中，故線路保護(hù)中除線路差動保護(hù)外的部分亦應(yīng)投入，以期對帶電范圍內(nèi)所有部分進(jìn)行充分保護(hù)[5]。
4 核相新技術(shù)應(yīng)用
發(fā)電機空載升壓至50%Ue（10 kV），合上發(fā)電機出口斷路器。之后，機端電壓下降至10%Ue（2 kV），調(diào)節(jié)器自動升壓，當(dāng)上升至25%Ue（5 kV）時，勵磁調(diào)節(jié)器報“復(fù)勵故障”信號，滅磁開關(guān)跳開，勵磁系統(tǒng)退出運行。
分析故障原因：“復(fù)勵故障”信號代表蓄電池復(fù)勵時間超過了CMPD MAX TIME（307）的設(shè)定，即在復(fù)勵時限內(nèi)，機端電壓未能升至設(shè)定值。調(diào)節(jié)器默認(rèn)在機端電壓降至10%Ue時再次投入起勵電源，以復(fù)勵方式運行。可見電抗器負(fù)載的接入大幅拉低了機端電壓，而此期間調(diào)節(jié)器自動升壓步長較小，電壓不能在給定時限內(nèi)恢復(fù)，導(dǎo)致復(fù)勵方式投入時間超過了限值，從而報出“復(fù)勵故障”。
為使發(fā)電機在復(fù)勵時限內(nèi)能夠成功帶起并聯(lián)電抗器，必須縮短從零起到電壓穩(wěn)定于50%Ue的時間。有兩種手段可達(dá)到這一目的，其一為修改勵磁系統(tǒng)限制值。檢查CMPD ON LEVEL（306）、CMPD MAX TIME（307）和SUPPLY MODE（901）三個參數(shù)的設(shè)置：參數(shù)CMPD ON LEVEL（306）固化設(shè)為10%，現(xiàn)場無法修改；參數(shù)CMPD MAX TIME為直流復(fù)勵回路投入時間，考慮到復(fù)勵回路容量很小，長時間投入可能會使其燒毀，故此定值也無法修改。于是考慮第二種手段，即合斷路器帶起電抗器后，在復(fù)勵時限內(nèi)加快發(fā)電機機端電壓的回升速度。本文決定采取勵磁調(diào)節(jié)器自動升壓的同時手動增磁的辦法，以期在復(fù)勵時限之內(nèi)恢復(fù)機端電壓。再次開始試驗，仍建壓至50%Ue，在合斷路器后立即開始手動增磁，此次發(fā)電機機端電壓成功穩(wěn)定在50%Ue，而且勵磁系統(tǒng)各參數(shù)亦均在限值范圍以內(nèi)。發(fā)電機成功帶起300 MVar電抗器負(fù)荷，電壓保持穩(wěn)定，調(diào)試人員立即開始進(jìn)行二次電壓核相。
以勵磁調(diào)節(jié)器自動升壓的同時手動增磁的方式，在勵磁調(diào)節(jié)器各時限定值以內(nèi)，帶起300 MVar電抗器負(fù)荷，并使電壓保持穩(wěn)定。此時線路側(cè)PT與主變高側(cè)PT接入同一電源系統(tǒng)，在兩PT的二次側(cè)測量同名端子和非同名端子的電壓差值，其相別測量關(guān)系如表1所示。
可見系統(tǒng)側(cè)和發(fā)電機側(cè)電壓相序完全一致，兩個待并電源系統(tǒng)符合合環(huán)條件，核相試驗順利完成。
5 結(jié)論
發(fā)電機作為核相電源，帶并聯(lián)電抗器負(fù)載進(jìn)行主變高側(cè)PT和線路PT核相的試驗方式在省內(nèi)尚屬首次。本文對試驗過程中各電壓電流量變化情況進(jìn)行仿真，研究分析其對發(fā)電機和電抗器保護(hù)的影響，提出詳細(xì)實施方案，在實施過程中對機端電壓和勵磁系統(tǒng)響應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)分析，適當(dāng)修改勵磁系統(tǒng)限值參數(shù)，最終順利完成核相試驗。本文方法為今后其他類似一次出線結(jié)構(gòu)電廠的核相工作提供了有益參考。
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